컴퓨터의 소형화는 더욱 더 진행되고 있으며, 체내에 집어넣는 생체 적응성 센서 시스템과 같은 소형 마이크로 일렉트로닉스 단말기에 전력을 공급하기 위한 배터리도 개발되고 있다. 새로운 연구팀이 발표한 세계 최소의 배터리는, 소금 한 알 정도의 초소형 크기로 되어있다.
켐니츠 공과대학에서 나노 일렉트로닉스 재료 시스템학의 교수를 맡고있는 올리버 G 슈미트 박사는, 라이프니츠 고체 재료 연구소나 중국 과학원 장춘 응용화학연구소의 연구자와 공동으로, 극소 배터리의 개발에 임하고 있다.
1평방 밀리미터 미만이라는 극소 크기의 컴퓨터를 구현하려면, 이것으로 이용할 수 있는 작은 크기의 배터리를 개발하거나, 전기를 생성하기 위한 방법을 발명해야 한다. 전기를 생성하기 위한 방법으로는, 열을 전기로 변환하는 방법이 제안되어 있는데, 출력이 너무 낮다는 문제가 있다.
그 밖에도, 빛과 진동을 전력으로 변환하는 방법도 고안되고 있지만, 이것들은 모든 장소에서 항상 이용할 수 있는 에너지원은 아니라는 문제가 있다. 인체에 심는 생체 적응성 센서 시스템의 경우, 항상 전력을 공급할 필요가 있기 때문에, 자기 발전하는 기술보다 극소의 배터리를 채용하는 것이 더 적합하다고 하는 것.
그러나, 극소 배터리의 생산은 일반 배터리와는 크게 다르다. 예를 들어, 에너지 밀도가 높은 콤팩트한 전지 인 버튼 전지는 습식화학을 사용하여 제조되었으며, 전극 재료와 첨가제(탄소재료와 바인더)를 슬러리로 가공하여, 금속박으로 코팅한다. 이와같은 요령으로 온칩 마이크로 배터리를 제조하면 뛰어난 에너지와 전력밀도를 실현할 수 있지만, 풋 프린트는 1평방 밀리미터를 훌쩍 넘는다는 것.
또, 온칩 마이크로 배터리의 제조도, 쌓인 박막, 전극 필러, 번갈아 배치된 미소전극이 있기 때문에, 에너지 저장량이 부족해지는 경우가 많아 풋 프린트를 1평방 밀리미터로 억제하기가 매우 어려워질 것으로 보인다.
슈미트 박사는 이러한 문제를 해결한 1평방 밀리미터 미만이라는 극소 크기의 배터리를 설계했다. 연구팀이 개발한 이 극소 배터리의 에너지 밀도는, 1평방 센티미터 당 100마이크로 Wh이다.
슈미트 박사 등 연구팀은 세계 최소의 배터리를 제조하기 위해, 마이크로 스케일로 집전체와 전극 스트립을 감아 올리고 잇다. 이것은 이른바 "스위스 롤 전지"라고 불리는 방식의 전지로, 폴리머, 금속, 유전체 재료에 의한 박막을 웨이퍼 표면에 층상으로 코팅하는 것으로 작성된다. 스위스 롤 전지는 이미 확립된 칩 제조 기술과 호환되기 때문에, 웨이퍼 표면에 하이스루 풋 마이크로 배터리를 제조할 수 있게 된다고 연구팀은 주장.
이 방법을 사용하여, 연구팀은 "지역의 주위온도를 지속적으로 측정하기 위한 세계 최소의 컴퓨터 칩에 약 10시간 전력을 공급할 수 있는 충전식 마이크로 배터리"의 제조에 성공했다. 이 극소 배터리는 IoT와 소형화된 의료용 임플란트, 마이크로 로봇 시스템, 초플렉시블 일렉트로닉스 등의 분야에서 활약할 가능성을 꼽고 있다.
덧붙여 연구팀은, "이 기술에는 아직 큰 최적화의 가능성이 있기 때문에, 훨씬 강력한 마이크로 배터리가 완성되는 일도 기대할 수 있습니다"라고 코멘트.
